- Chất lƣợng nƣớc và nhu cầu đánh giá chất lƣợng nƣớc. - Phương pháp chung để xây dựng một mô hình tính WQI. - Chỉ số chất lượng nước của Bhargava (Bhargava – WQI. - Chỉ số chất lượng nước của Bhargava cải tiến (Bhargava – WQIB cải tiến. - Chỉ số chất lượng nước do TCMT Việt Nam ban hành (WQIVN. - Đánh giá chất lượng nước theo WQI. - Hoạt động giám sát chất lượng nước sông La. - Phương pháp đo/phân tích các thông số CLN. - Phương pháp đánh giá và phân loại CLN. - Đánh giá biến động CLN sông La dựa vào các thông số riêng biệt. - Đánh giá chất lƣợng sông dựa vào WQI. - Áp dụng mô hình Bhargava – WQI cải tiến để đánh giá CLN sông La. - Phân vùng CLN sông La. - Luận văn Thạc sĩ QLTN&MT ĐH Bách Khoa Hà Nội Đặng Thị Minh Liên Lớp QLTN & MT2012B iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BOD : Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa BTNMT : Bộ Tài nguyên và Môi trường CLN : Chất lượng nước COD : Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học DO : Dissolvel Oxygen Lượng oxy hoà tan KHCN và MT : Khoa học công nghệ và môi trường KTXH : Kinh tế xã hội PP : Phương pháp QCVN : Quy chuẩn kỹ thuật môi trường Việt Nam QLTN&MT : Quản lý Tài nguyên và môi trường TC TSS. - Tổng Coliform Total Suspended Solid Tổng chất rắn lơ lửng TCMT : Tổng Cục môi trường TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TNMT : Tài nguyên Môi trường UBND : Ủy ban nhân dân WQI : Water Quality Index Chỉ số chất lượng nước YTGH : Yếu tố giới hạn Luận văn Thạc sĩ QLTN&MT ĐH Bách Khoa Hà Nội Đặng Thị Minh Liên Lớp QLTN & MT2012B iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. - So sánh ưu điểm và hạn chế của PP WQI và PP đánh giá theo tiêu chuẩn truyền thống đối với CLN [11. - Các thông số CLN lựa chọn cho các mục đích sử dụng khác nhau [12. - Bảng phân loại chất lượng nước theo chỉ số WQI. - Trọng số của các thông số chất lượng nước. - Thang màu chất lượng nước theo WQI. - Bảng mức đánh giá CLN theo WQI. - 20 Bảng 1.10. - 26 Bảng 1.11. - Các phương đo/phân tích các thông số CLN. - Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với thông số pH. - Kết quả kiểm tra độ nhạy của mô hình Bhargava – WQI (WQIB. - 55 và mô hình của TCMT (WQIVN)(a. - Đồ thị hàm nhạy Fi của thông số CLN i. - Biến động WQI của sông La theo tháng và mặt cắt (2014. - Trước thực trạng trên nhu cầu sử dụng nguồn nước và lượng xả thải ngày càng tăng dẫn đến môi trường các lưu vực sông càng bị ô nhiễm và suy thoái gây ảnh hưởng đến sức khỏe người dân và cảnh quan môi trường. - Hiện nay, sông La đang được sử dụng để cấp nước cho sinh hoạt, nông nghiệp, giao thông, nuôi trồng thủy sản...[7]. - Do vậy, việc đánh giá chất lượng nước (CLN) sông La là rất cần thiết. - Tuy nhiên cho đến nay, hầu như chưa có công trình nghiên cứu nào đánh giá đầy đủ về chất lượng nước sông. - Để đánh giá CLN, người ta thường dựa vào việc phân tích các thông số CLN riêng biệt, rồi so sánh từng thông số đó với giá trị giới hạn được quy định trong tiêu Luận văn Thạc sĩ QLTN&MT ĐH Bách Khoa Hà Nội Đặng Thị Minh Liên Lớp QLTN & MT2012B 2 chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn quốc tế. - Cách làm đó khó lý giải về CLN cho cộng đồng cũng như không cho phép đánh giá một cách tổng quát CLN, không phân loại, phân vùng được CLN… và do vậy, sẽ khó khăn cho việc giám sát và quản lý CLN. - Để khắc phục những vấn đề trên, đồng thời tạo ra cơ sở thuận lợi cho việc giám sát và quản lý CLN, cần phải có một thông số mô tả tổng quát và dễ hiểu về CLN, cho phép lượng hóa được CLN. - Một trong những thông số tổng quát đó là Chỉ số Chất lượng nước (Water Quality Index, viết tắt là WQI) [12]. - Một vấn đề khác được đặt ra là mô hình WQI do TCMT Việt Nam ban hành có áp dụng phù hợp cho các sông ở nước ta không, vì mô hình đó chưa được kiểm chứng trong thực tế. - Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi được giao đề tài: “Nghiên cứu áp dụng chỉ số chất lƣợng nƣớc (WQI) để đánh giá chất lƣợng nƣớc sông La, tỉnh Hà Tĩnh” trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp Cao học ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường. - Nghiên cứu áp dụng chỉ số chất lượng nước (WQI) để đánh giá chất lượng nước sông La, tỉnh Hà Tĩnh và phân vùng chất lượng nước. - Góp phần thiết lập cơ sở dữ liệu nền về CLN sông La phục vụ cho công tác quản lý và giám sát chất lượng nước sông La. - Bên cạnh việc sử dụng nước một cách lãng phí, con người còn thải hàng loạt các chất độc hại ra môi trường làm cho chất lượng các nguồn nước (kể cả nguồn nước ngầm) bị suy giảm nghiêm trọng, nhất là ở các thành phố lớn, khu công nghiệp và khu dân cư tập trung. - Để đánh giá CLN, người ta phải phân tích các thông số CLN. - Có nhiều cách phân chia các thông số CLN, dựa vào bản chất hoặc dựa vào nồng độ của chúng… Dựa vào bản chất của các thông số CLN, người ta thường chia các thông số CLN thành các thông số vật lý, hóa học, vi sinh như sau [10. - Các thông số vật lý: màu, mùi, nhiệt độ, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), tổng chất rắn hòa tan (TDS), độ đục (TUR), độ dẫn điện (EC. - Các thông số hóa học: oxi hòa tan (DO), nhu cầu oxi sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxi hóa học (COD), tổng cacbon hữu cơ (TOC), độ mặn, độ cứng, pH, 3NO, 2NO, 43NH / NH, 34PO, F–, 24SO, hóa chất bảo vệ thực vật (nhóm DDT, nhóm HCH, aldrine. - Các thông số vi sinh: tổng coliform (TC), coliform phân (FC)… Để đánh giá CLN người ta có nhiều cách khác nhau [10]: Luận văn Thạc sĩ QLTN&MT ĐH Bách Khoa Hà Nội Đặng Thị Minh Liên Lớp QLTN & MT2012B 4 (i) Đánh giá thông qua việc so sánh các thông số CLN xác định được với các tiêu chuẩn quy định (tiêu chuẩn quốc gia hoặc khu vực hoặc quốc tế). - (ii) Mô hình hóa CLN, tức là sử dụng các mô hình toán học để mô phỏng CLN hoặc ô nhiễm nước. - Phương pháp này đòi hỏi rất nhiều thông số “đầu vào” bao gồm các thông số thủy văn, hóa lý… nên khá phức tạp. - (iii) Đánh giá CLN thông qua các chỉ thị sinh học. - Khái niệm về WQI Chỉ số Chất lượng nước (WQI) là một thông số “tổ hợp” được tính toán từ nhiều thông số CLN theo một phương pháp xác định (hay theo một công thức toán học xác định) [22]. - WQI tổng quát (General Water Quality Index): mô tả CLN một cách tổng quát hay CLN cho đa mục đích sử dụng, chẳng hạn, NSF – WQI, CCME – WQI, WQI do TCMT ban hành năm 2011. - WQI cho các mục đích riêng (Specific – Use Water Quality Index): mô tả CLN cho các mục đích sử dụng riêng, chẳng hạn, WQI cấp cho cộng đồng (PWS – Public Water Supply), WQI cho các động vật hoang dã (FAWL – Fish and Wild Life), WQI cho công nghiệp, nông nghiệp, cấp nước sinh hoạt… Luận văn Thạc sĩ QLTN&MT ĐH Bách Khoa Hà Nội Đặng Thị Minh Liên Lớp QLTN & MT2012B 5 * Ƣu điểm và hạn chế của WQI Việc sử dụng WQI có nhiều ưu điểm [10. - WQI cho phép giảm một lượng lớn các thông số vật lý, hóa học, vi sinh xuống còn một con số đơn giản theo một phương thức đơn giản. - WQI cho phép lượng hóa chất lượng nước (tốt, xấu, trung bình…) theo một thang điểm liên tục và nó thể hiện tổng hòa ảnh hưởng của các thông số CLN. - WQI không những đóng vai trò là chỉ thị của sự thay đổi CLN mà còn chỉ thị cho những thay đổi về tiềm năng sử dụng nước. - WQI cho phép đánh giá khách quan về CLN, đồng thời cho phép so sánh CLN theo không gian, thời gian và do vậy, thuận lợi cho phân vùng và phân loại CLN. - Hiệu ứng “cứng nhắc” (Rigidity): trong một số mô hình WQI, số thông số CLN lựa chọn để đưa vào tính toán WQI bị cứng nhắc, chẳng hạn, đối với mô hình NSF – WQI và mô hình WQI do TCMT Việt Nam ban hành, số thông số lựa chọn là 9 và như vậy, không thể đưa thêm các thông số lựa chọn khác vào mô hình tính WQI được. - Trong khi, đối với các nguồn nước khác nhau, tùy thuộc vào đặc điểm của nó, số thông số CLN đại diện cho các nguồn nước đó có thể khác nhau, chứ không cứng nhắc như nhau. - Thiếu sự nhất trí về cách tiếp cận chung để xây dựng mô hình WQI. - Đánh giá về các ưu điểm và hạn chế của phương pháp WQI so với phương pháp truyền thống – đánh giá bằng tiêu chuẩn cho từng thông số riêng biệt theo bảng 1.1: Bảng 1.1. - So sánh ƣu điểm và hạn chế của PP WQI và PP đánh giá theo tiêu chuẩn truyền thống đối với CLN [11] Phương pháp đánh giá bằng tiêu chuẩn Phương pháp đánh giá CLN bằng WQI Khó phân loại CLN cho một mục đích cụ thể Cho phép phân loại CLN cho một mục đích sử dụng nhất định Hạn chế trong việc biểu diễn CLN tổng quát, khó phân vùng và phân loại CLN sông, do đó khó khăn trong việc so sánh CLN theo thời gian và không gian Cho phép so sánh CLN theo thời gian (theo tháng, năm, theo mùa, theo sự kiện…) và không gian (đoạn sông, sông này với sông khác…) Khó khăn cho công tác theo dõi diễn biến CLN, đánh giá hiệu quả đầu tư để bảo vệ nguồn nước và kiểm soát ô nhiễm nước Thuận lợi hơn trong việc theo dõi và đánh giá diễn biến CLN để kịp thời có những giải pháp quản lý thích hợp và đánh giá thuận lợi cho việc đánh giá hiệu quả đầu tư. - Khó sử dụng phổ biến, chỉ các nhà nghiên cứu, nhà khoa học, giới chuyên môn mới hiểu, do đó khó thông tin cho cộng đồng và các cơ quan quản lý, nhà lãnh đạo để đề ra các quyết định phù hợp về bảo vệ và khai thác nguồn nước Cho phép ước lượng hóa và có khả năng mô phỏng các tác động tổng hợp của nồng độ nhiều thành phần, trong đó đã tính đến mức độ đóng góp quan trọng của từng thông số, do đó đơn giản hóa và dễ hiểu. - Thuận lợi cho việc sử dụng phổ biến trong cộng đồng. - Phương pháp chung để xây dựng một mô hình tính WQI Việc xây dựng một mô hình tính WQI gồm 4 giai đoạn cơ bản [10]: (i) Xác định các thông số CLN lựa chọn (Xi) Một số ít các thông số CLN được lựa chọn để tính WQI và có thể thay đổi tùy thuộc vào đặc điểm nguồn nước, mục đích sử dụng nước… (ii) Xác định phần trọng lượng đóng góp của các thông số lựa chọn (wi) Luận văn Thạc sĩ QLTN&MT ĐH Bách Khoa Hà Nội Đặng Thị Minh Liên Lớp QLTN & MT2012B 7 Trọng số đóng góp thể hiện tầm quan trọng của mỗi thông số lựa chọn trong mô hình tính WQI. - Tuy nhiên, cũng có một số loại WQI không tính đến trọng số đóng góp của các thông số lựa chọn. - (iii) Xác định chỉ số phụ (qi) qi thể hiện chất lượng của thông số lựa chọn và do vậy, nó phụ thuộc vào giá trị của thông số lựa chọn. - Mặt khác, do các thông số lựa chọn thường có đơn vị khác nhau nên phải quy về cùng một thang điểm không có đơn vị. - Để xác định qi, người ta phải xây dựng sự phụ thuộc giữa qi và giá trị đo xi của thông số lựa chọn (Xi) dưới dạng phương trình toán, đồ thị hàm tuyến tính hoặc phi tuyến tính qi = f(xi) hoặc bảng tra cứu. - (iv) Tính các giá trị WQI theo công thức toán học xác định Các công thức tính toán WQI có nhiều dạng khác nhau, có thể tính và không tính đến phần trọng lượng đóng góp (wi), có thể là dạng tổng (additive) hoặc dạng tích (multiplicative) hoặc dạng Solway…[22] Bảng 1.2 liệt kê một số công thức dùng để tính WQI tổng quát (tức là WQI cho đa mục đích sử dụng nước). - Trong số đó, chỉ số CLN do Quỹ vệ sinh Mỹ đề xuất (NSF – WQI) là một trong những chỉ số CLN ra đời đầu tiên và được sử dụng khá phổ biến. - Chỉ số CLN do Bhargava đề nghị (Bhargava – WQI) là một trong những WQI cho các mục đích riêng, có nhiều ưu điểm và được dùng nhiều ở Luận văn Thạc sĩ QLTN&MT ĐH Bách Khoa Hà Nội Đặng Thị Minh Liên Lớp QLTN & MT2012B 8 Ấn Độ. - Chỉ số chất lượng nước của Bhargava (Bhargava – WQI) [12] Chỉ số CLN do Bhargava xây dựng năm 1983 đã được áp dụng đầu tiên để phân vùng và phân loại CLN sông Ganga, Ấn Độ. - Bhargava quan tâm đến các mục đích sử dụng nước khi xây dựng chỉ số chất lượng nước. - Các bước xây dựng mô hình WQI theo Bhargava bao gồm: (1). - Xác định các mục đích sử dụng nước Bước đầu tiên là xác định các mục đích sử dụng nước. - Các nguồn nước khác nhau ở những vùng khác nhau thì mục đích sử dụng nước có thể khác nhau. - Chẳng hạn, đối với sông Ganga, Bhargava phân thành 5 mục đích sử dụng: (1) tắm và bơi lội (tiếp xúc trực tiếp). - Xác định các thông số CLN lựa chọn cho mỗi mục đích sử dụng nước (Xi) Các mục đích sử dụng nước khác nhau yêu cầu các thông số CLN khác nhau và tầm quan trọng của mỗi thông số cũng khác nhau. - Chẳng hạn, đối với sông Ganga, các thông số CLN lựa chọn tương ứng với các mục đích sử dụng nước khác nhau được Bhargava đề nghị ở bảng 1.3. - Các thông số CLN lựa chọn cho các mục đích sử dụng khác nhau [12] STT Mục đích sử dụng nƣớc Các thông số lựa chọn n 1 Tắm, bơi lội Độ đục, BOD5, DO, N–amoni, coliform 5 2 Cấp nước sinh hoạt Độ đục, BOD5, DO, Cl–, coliform 5 3 Nông nghiệp TDS, Cl–, Bo, tỷ số hấp thụ natri 4 4 Công nghiệp Độ đục, TDS, độ cứng 3 5 Nuôi cá và tiếp xúc gián tiếp Nhiệt độ, BOD5, DO, Cl– 4 Luận văn Thạc sĩ QLTN&MT ĐH Bách Khoa Hà Nội Đặng Thị Minh Liên Lớp QLTN & MT2012B 9 Các thông số CLN lựa chọn được xác định dựa trên các tiêu chuẩn quốc gia về chất lượng nước tương ứng với các mục đích sử dụng nước khác nhau (chẳng hạn, ở Việt Nam, tiêu chuẩn CLN sông cho mục đích cấp nước sinh hoạt thì dựa vào Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08:2008/BTNMT (để cho tiện, từ đây viết tắt là QCVN 08:2008). - Nói chung, các mục đích sử dụng nước có thể thay đổi tùy thuộc vào nguồn nước và trình độ công nghệ, kinh tế – xã hội của quốc gia, địa phương và đi kèm, các thông số CLN lựa chọn để tính WQI cũng sẽ khác nhau. - Xây dựng hàm nhạy cho các thông số CLN lựa chọn “Hàm nhạy” (“sensitive function”) là đại lượng trung tâm của mô hình Bhargava và nó được sử dụng thay thế cho qi trong mô hình NSF - WQI. - “Hàm nhạy” mô tả chất lượng của thông số CLN lựa chọn và do vậy, mỗi Xi sẽ nhận một giá trị hàm nhạy (Fi) nằm trong khoảng 0,01 ÷ 1. - Khi Fi tăng, thì chất lượng của thông số tăng và ngược lại. - Theo mô hình Bhargava, “hàm nhạy” là hàm tuyến tính biểu diễn mối quan hệ giữa Fi (tương tự như chỉ số phụ qi) với giá trị xi của thông số Xi và được dùng để chuyển các giá trị đo (thường có đơn vị khác nhau) về cùng một thang điểm chung 0,01 ÷ 1. - “Hàm nhạy” được xây dựng trên cơ sở các giá trị giới hạn quy định đối với các thông số CLN lựa chọn trong các tiêu chuẩn tương ứng cho các mục đích sử dụng nước khác nhau. - Tính toán chỉ số chất lượng nước Theo mô hình Bhargava, WQI cho mỗi mục đích sử dụng nước (hay WQI cho mục đích sử dụng riêng) được tính theo công thức: 1/nii=1WQI= F 100n. - (1.1) Trong đó, Fi: giá trị hàm nhạy của thông số thứ i. - n: số thông số lựa chọn (n tùy thuộc vào mỗi mục đích sử dụng nước). - Luận văn Thạc sĩ QLTN&MT ĐH Bách Khoa Hà Nội Đặng Thị Minh Liên Lớp QLTN & MT2012B 10 WQI tổng quát (hay WQI cho đa mục đích sử dụng) được tính bằng cách lấy trung bình số học các giá trị WQI của các mục đích sử dụng nước khác nhau với giả thiết: tầm quan trọng của các mục đích sử dụng nước như nhau hoặc khác nhau. - Nếu tầm quan trọng của các mục đích sử dụng nước khác nhau, có thể gán hệ số khác nhau cho mỗi mục đích sử dụng khi tính WQI tổng quát. - Chỉ số chất lượng nước của Bhargava cải tiến (Bhargava – WQIB cải tiến) Trên cơ sở mô hình gốc của Bhargava, Năm 2011, các tác giả Nguyễn Văn Hợp, Thủy Châu Tờ, Nguyễn Mạnh Hùng [25] đã cải tiến và lấy tên là mô hình Bhargava cải tiến. - Các tác giả [25] đã cho rằng, mô hình Bhargava cải tiến là phù hợp hơn khi phản ánh chất lượng nước các sông ở khu vực miền Trung như: sông Hương - Thừa Thiên Huế, sông Thạch Hãn - Quảng Trị, sông Kiến Giang - Quảng Bình...so với mô hình gốc của Bhargava. - Theo Nguyễn Văn Hợp [25], mô hình gốc của Bhargava tính WQI áp dụng cho các sông chưa đại diện bởi 2 lý do: (i) đã sử dụng mô Bhargava có điều chỉnh với ít thông số lựa chọn (3 ÷ 5 thông số) để tính WQI cho các mục đích sử dụng riêng, trong khi để mô tả CLN sông cần nhiều thông số hơn. - vả lại, PO43- là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm các chất dinh dưỡng lại không được đưa vào mô hình tính WQI. - (ii) khi tính WQI tổng quát bằng cách lấy trung bình số học của các WQI cho cách mục đích sử dụng riêng, sẽ có một số thông số CLN lựa chọn được tính đến 2 lần như tổng coliform, một số thông số lại được tính 3 lần như BOD5, DO, độ đục, Cl-, trong khi các thông số như nhiệt độ, độ cứng, N-amoni… chỉ được tính một lần. - Mô hình Bhargava – WQI cải tiến này như sau. - Tính WQI theo mô hình Bhargava – WQI cải tiến Trên cơ sở mô hình gốc Bhargava – WQI, Nguyễn Văn Hợp [25] đã cải tiến để thu được mô hình WQI phù hợp hơn khi đánh giá CLN tổng quát (hay CLN cho đa mục đích sử dụng) của sông như sau. - Áp dụng công thức (1.1) để tính WQI tổng quát chứ không tính WQI cho các mục đích sử dụng riêng như mô hình gốc của Bhargava:
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt